五級疊片鐵心變壓器的空載性能商亞非（新疆特變電工股份有限公司變壓器廠，新疆昌吉830）分析了五級接縫鐵心降低空載損耗、空載電流及噪聲的機理，指出鐵心采用五級接縫鐵心結構能夠大幅度提高變壓器的空載性能。

1前言降耗是變壓器的一個發(fā)展方向，而通過改進鐵心疊片結構降低空載損耗正是降低變壓器損耗的一個主要途徑。一些發(fā)達國家變壓器廠普遍采用五級接縫鐵心技術，其與我國傳統(tǒng)的二級接縫相比，鐵心的空載性能有了明顯的改善。我廠1998年技術改造時引進的德國喬格公司tba m h800×5 000型全自動鐵心橫剪線，用于加工硅鋼片，剪切最大長性可完成±45°三種角度的片型加工，能夠自動剪切完成三、五、七級接縫硅鋼片。采用五級接縫鐵心結構之后，我廠產品的空載性能，如空載損耗、空載電流都有了較大幅度的下降，噪聲水平也有了一定程度的降低。尤其在大容量產品上效果更為明顯。本文對五級接縫鐵心的結構形式、降耗機理及產品的節(jié)能效果加以簡單介紹。

2五級接縫鐵心結構和特點我們知道，變壓器的空載損耗主要由基本損耗、接縫損耗及剪切邊損耗組成。除基本損耗外，接縫損耗所占的比例較大，剪切邊損耗較小。接縫損耗與局部磁通密度，尤其是接縫區(qū)域密切相關的磁通密度。由于受到接縫間隙的影響，局部磁密升高，導致鐵心局部損耗增加。因此，減少這種影響也是降低損耗的一個有效途徑。

目前，國內變壓器生產廠家鐵心普遍采用二級或三級接縫疊片，鐵心疊片按一定距離相互錯開，在交錯區(qū)域內形成兩條平行的接縫，鐵心接縫處磁通分布如圖1所示，圖中細實線為一條磁力線，虛線為半條磁力線。

其中兩個對應的接縫跨接一層疊片。由于空氣的磁阻比硅鋼片的磁阻高幾千倍，因此，疊片中的磁通大部分從跨接疊片中通過。另外，磁通是沿著45°角接縫通過，由于接縫處的面積為心柱截面積的2倍，所以接縫區(qū)磁密為鐵心柱中磁密的2 2倍。但是，在兩個接縫硅鋼片的末端，磁通大部分經過一層跨接疊片通過，該層跨接疊片末端磁密為：式中b心柱中磁密如果采用圖2所示的三級接縫鐵心，其中兩個對應的接縫間隙跨接兩層疊片，則在三個接縫硅鋼片末端的磁通經過兩層跨接疊片通過，每層跨接疊片的末端處的磁密為：變壓器依此類推，局部磁通密度b與接縫數(shù)量n的關系為：由于鐵心中接縫區(qū)的損耗及空載電流與磁密b的近似關系可以寫成是與硅鋼片及頻率有關的常數(shù)。將式（3）代入式（4）、式（5），可以得出接縫區(qū)中的局部損耗和空載電流與鐵心接縫數(shù)量n的近似關系為：例如，變壓器的工作磁密為1 .75t ，由式（1）得出接縫跨接疊片中的磁密為2 .47t.目前變壓器采用的冷軋硅鋼片的磁密1 .9～1 .92t已經飽和，這就導致了接縫區(qū)域內空載損耗及空載電流急劇增加。

由式（6）、式（7）可以看出，隨著鐵心接縫級數(shù)的增加，鐵心接縫區(qū)域內的空載損耗和空載電流逐步降低，但局部損耗和空載電流降低的幅度將越來越小。

但是，疊片種數(shù)隨著疊片級數(shù)的增加而增加，硅鋼片的剪切和鐵心疊裝的生產效率將降低，這一矛盾只有通過先進的硅鋼片剪切設備、先進的疊裝工藝及選擇合適的接縫級數(shù)來解決。經過近兩年生產實踐，我們認為kv級變壓器采用單片疊五級接縫是比較合適的，其生產效率比普通二級或三級接縫要高，完全能夠滿足生產的需要?，F(xiàn)比較一下五級接縫與三級接縫局部損耗與空載電流的差別。

按式（4）、式（5）可以得出，五級接縫（工作磁密普通三級接縫：則五級接縫鐵心較三級接縫鐵心的局部損耗及空載電流降低的百分數(shù)為：變壓器的空載損耗可以寫成p =k式中p取決于鐵心材質、磁密和頻率的單位損耗，w kg鐵心重量，kg取決于鐵心的結構形式及制造工藝水平的附加系數(shù)對于冷軋硅鋼片， k值一般取1 .1～1 .2，鐵心直徑小者取大值，對于kv級產品一般取1 .12.

根據(jù)式（12）的計算結果，空載損耗的附加系數(shù)應取1 .08左右，但由于我廠鐵心疊片采用一片一疊，有效地減少局部區(qū)域的渦流損耗，再加上鐵心片剪切毛刺非常小，使鐵心接縫較小，所以空載損耗的附加系數(shù)一般取1 .05左右，并且在多臺產品中得到了驗證。從以上可以看出，五級接縫鐵心的空載損耗比三級接縫鐵心平均降低5 ～8 ，空載電流下降了30 以上，其節(jié)能效果是非常顯著的。

3五級接縫鐵心的其它特點五級接縫鐵心疊片與傳統(tǒng)的二級或三級接縫相比，除能夠較大幅度降低空載損耗和空載電流以外，還具有以下特點。

3 .1噪聲低變壓器的噪聲主要來源于硅鋼片的磁致伸縮，但硅鋼片接縫和疊片間的磁吸力也是產生噪聲的原因之一。其噪聲的大小取決于接縫間隙的長度和磁密的大小。根據(jù)有關方面的資料，接縫氣隙的磁場能量微分形式為：式中b接縫間隙中磁通密度，t空氣中磁導率，h m磁場能量所做的功da =fdl ，則（b由此得出磁吸力式中s鐵心接縫面積，m由此引起疊片伸長應變式中e硅鋼片彈性模量根據(jù)沈變所的研究，其相應的聲強級式中l(wèi)鐵心疊片接縫間隙長度，cm假定變壓器的工作磁密為1 .7t ，三級接縫間隙長度為0 .05cm ，三級接縫間隙磁密約為0 .4t ，則從變壓器可見，五級接縫鐵心較普通三級接縫鐵心的噪聲降低3db左右。對傳統(tǒng)二級、三級接縫疊片，接縫某一斷面的氣隙比較集中，較大的交變電磁力作用在鐵心中，引起較強的振動聲音然而在五級接縫鐵心中，接縫區(qū)內某一斷面的接縫氣隙大大減少，磁力線能順利地進入相鄰的疊片，空載電流也大幅度降低。同時作用在軛片上的電磁力就很小，在接縫區(qū)域內的電磁力的作用使疊片被壓緊，這樣，變壓器的噪聲就明顯地降低了。

3 .2生產效率高目前，國內許多變壓器生產廠家為降低空載損耗和噪聲，通常鐵心采用一片一疊三級接縫疊片結構。由于受到硅鋼片橫剪設備的限制，單臺變壓器鐵心剪切總次數(shù)增加，鐵心疊裝工時也延長了，致使生產效率降低。我廠采用最新鐵心橫剪設備，使鐵心剪切效率大幅度提高，最多可實現(xiàn)七級單片疊接縫?？紤]到鐵心疊裝及插片的工藝性，我廠采用五級單片疊接縫結構。鐵心片沖有υ20定位孔，疊鐵心時直接碼裝就可以了，生產效率有了很大的提高。

3 .3節(jié)約材料由于采用先進的鐵心橫剪設備，使硅鋼片的剪切毛刺小于0 .03mm ，再加上工人素質較高，使鐵心的疊裝偏差小于2mm ，接縫間隙非常小。鐵心截面經優(yōu)化設計，使我廠變壓器繞組至鐵心的套裝間隙由原來的5mm降至現(xiàn)在的2 .5mm ，變壓器電磁線用量得以降低。由于我廠每年生產kv及以上變壓器100臺左右，其節(jié)材效果是非?？捎^的。